[发明专利]一种基于旋转环形传感器的光学层析成像装置与方法

说明书

本发明涉及一种基于旋转环形传感器的光学层析成像装置与方法。本发明环形传感器与待测管道同轴设置，在旋转电机的控制下绕待测管道旋转。无线接收模块接收环形传感器发出的光信号，传输至计算机中处理。计算机通过电机转速控制模块控制旋转电机的转速。计算机利用Landweber算法进行截面图像重建，迭代结束获得的灰度向量即可还原管道截面图像。本发明基于旋转环形传感器，能够获得多个角度上的投影信息，大幅增加投影数据，提高重建图像质量；采用旋转环形传感器，降低了对安装空间的要求，适用于小管道的截面图像重建；利用投影加速Landweber算法，缩短成像时间，提高重建图像精度。

技术领域

本发明属于光学成像技术领域，涉及一种基于旋转环形传感器的光学层析成像装置与方法。

背景技术

多相流动是指管道内同时存在气、液、固等相态的流动过程。多相流动广泛存在于化工、石油、医药以及食品等工业领域。多相流截面参数的准确测量对流体理论研究、工业应用、安全生产等具有重要作用。光学层析成像技术通过发射-接收元件获得反映管道截面信息的投影数据，利用重建算法，能够获取截面上的相分布信息，重建截面图像，为后续参数测量系统重要依据。同时，相较于电学层析成像、超声层析成像，光学层析成像具有非接触测量、硬场、高时空分辨率等优点，具有巨大的应用前景，受到国内外学者的广泛关注。

然而，现有的针对光学层析成像的传感器结构的研究较少，受到安装空间的限制，发射-接收元件数量较少，导致获得的投影数据不足，重建获得的图像质量不高，影响后续的检测精度。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于旋转环形传感器的光学层析成像装置与方法。通过旋转环形传感器，能够在不增加发射-接收元件的基础上，大幅增加投影数据，提高重建图像的质量。且对安装空间要求较低，能够适用于微小型设备中。

本发明装置包括旋转电机、环形传感器、无线接收模块、计算机和电机转速控制模块。两套旋转电机对称固定在待测管道外壁，环形传感器与待测管道同轴设置，在旋转电机的控制下绕待测管道旋转。无线接收模块接收环形传感器发出的光信号，将光信号传输至计算机中处理。计算机输出电机转速控制信号至电机转速控制模块，以控制旋转电机的转速。

环形传感器包括激光管、基座、信号转换发射模块、光电二极管阵列以及配重。激光管、信号转换发射模块、光电二极管阵列以及配重均设置在基座外壁，激光管和光电二极管阵列相对设置，信号转换发射模块和配重相对设置；在测量过程中，激光器发射激光，照射到光电二极管阵列上形成光信号信息，该信息由信号转换发射模块转换为电压信号并通过无线传输方式传送给无线接收模块。在旋转电机控制旋转过程中，环形传感器能够在多个角度上检测光信号并传输至计算机。

利用该装置实现管道截面图像重建的具体流程为：

1)启动装置，控制旋转电机至特定转速,激活激光器；

2)激活光电二极管阵列、信号转换发射模块与无线接收模块，设定采集频率；

3)完成单次测量得到光信号向量，通过信号转换发射模块传出，由无线接收模块获取，输入计算机存储；

4)环形传感器旋转一圈，所获得多个光信号向量构成投影数据；

5)利用Landweber算法进行截面图像重建，Landweber算法所使用的迭代初值由LBP算法提供。迭代结束获得的灰度向量即可还原管道截面图像。

本发明与现有技术相比具有有益效果：

1)基于旋转环形传感器，能够获得多个角度上的投影信息，大幅增加投影数据，提高重建图像质量；

2)采用旋转环形传感器，降低了对安装空间的要求，适用于小管道的截面图像重建；

3)利用投影加速Landweber算法，缩短成像时间，提高重建图像精度。

附图说明